农田水利学-渠道灌溉系统

1、第四章渠道灌溉系统1灌排渠系规划布置灌溉系统是指从水源取水并输送分配到田间的灌溉工程。按输水方式的不同可分渠道灌溉系统和管道灌溉系统两大类。本章介绍渠道灌溉系统。管道灌溉系统将在第五章中介绍。一、灌排渠系的组成及布置原则（一）灌排渠系的组成1、灌溉系统:（1）渠首工程（2）灌溉渠道：干、支、斗、农渠等固定渠道（3）渠系建筑物（4）田间渠系工程：毛渠（临时渠道）、灌水沟哇等2、排水系统（1）田间排水工程：毛沟、腰沟、墒沟等（2）排水沟：干、支、斗、农沟（3）排水建筑物：排水闸、涵、站等（4）排水容泄区：大江、大湖、大海等（二）灌排渠系的布置的原则（1）满足作物灌排要求。1）渠道应布置有高处，排水

2、沟应布置在低处。2）渠道和排水沟的长度和间距应当适宜，保证灌得上排得出。（2）灌溉渠道必须与排水沟统一规划布置在规划布置渠道时，必须同时考虑到排水沟的位置，在平原地区、圩区，渠道一般要服从排水沟布置（因为在平原地区，排水问题更为突出）。（3）安全可靠如渠道要避免深挖高填，山丘区渠系上方必须修撇洪沟（截洪沟）。（4）经济合理渠道要尽量短直，以减少土方量；要尽量减少压占耕地；排水沟要尽量利用天然河道。（5）便于管理便于用水管理和工程管理，布置时要考虑行政区划；也要考虑机耕方便；建筑物尽量联合修建，形成枢纽，以便于管理。（6）综合利用如渠道落差较大可布置水电站，较大的渠道或排水沟要考虑通航，水产养殖

3、等。二、丘陵山区灌排渠系的规划布置山丘区的水利特点是：排水比较通畅，但干旱问题比较突出。在山丘区虽然可以修建水库塘坝蓄水灌溉，但是由于其蓄水能力有限，因此干旱问题是山丘区的主要水利问题。因此山丘区灌排渠系的布置，以灌渠道布置为重点。山丘灌溉渠道布置的关键是布置干渠。（一）干渠的两种布置形式（1）干渠沿等高线布置（2）干渠垂直于等高线布置（二）支、斗、农渠布置支渠垂直于干渠，其间距由地形条件决定斗渠间距一般为：400800m农渠间距一般为：100200m两种布置形式：（1）灌排相邻适用于单一坡向地形（2）灌排相间适用于平坦，或有微起伏2渠道建筑物规划布置渠系建筑物指与渠道或排水沟配套的水闸、涵洞

4、、桥梁、渡槽、倒虹吸、跌水、陡坡等建筑物。一、渠系建筑物选型与布置的原则满足使用要求如渠道切断了道路，那么该处需设涵洞或桥梁；渠道水位不够则需建节制闸抬高水位。尽量采用联合枢纽布置的形式目的是为节省投资和管理方便。如闸与桥常联合修建，分水闸与节制闸常联合修建。如总渠枢纽和江都水利枢纽。尽量采用定型设计和装配式建筑物由于渠系建筑物数量很多，同一类建筑物工作条件常相近。如斗农渠上的分水闸，因此采用定型设计和装配式结构，对简化设计，加速施工进度非常有利。尽量考虑采用当地材修建如在山丘区建渡槽、农桥可用砌石建筑（句容的北山水库石拱渡槽），在平原地区则宜用钢筋混凝土排架渡槽。多作经济比较，选择最优方案如

5、渠道穿过河流时，有时可在技术上和满足使用要求上可采用渡槽，也可采用倒虹吸，这时就需要进行经济比较。选择较经济合理的方案。有时同一建筑物可采用不同的施工方案，这时也可通过经济比较来选择较合理的施工方案。二、渠系建筑物的类型与布置（一）控制建筑物控制流量和水位。进水闸：布置在干渠首端。分水闸：布置在各支渠、斗渠和农渠渠首。斗首、农首分水闸也叫斗门和农门。节制闸：控制渠道水位或流量。布置：（1）在上级渠水位不能保证下级渠正常引水时，需在上级渠建节制闸抬高水位，保证下级渠引水。（2）实行轮灌时，在轮灌组分界处需设节制闸。（3）在重要建筑物或险工渠段前需联合修建节制闸和泄水闸，以防止漫溢，保证建筑物和渠

6、道的安全。（二）交叉建筑物渠道与河流、道路交叉时应布置交叉建筑物。交叉建筑物主要的三种：渡槽、倒虹吸涵洞。选择方法：（1）不影响交通和航运；（2）技术上可行；（3）进行经济比较，选择最优的型式。（三）泄水建筑物用于排除渠道中余水或入渠洪水。（1）退水闸布置在较大的干支渠末端，以排泄渠中余水（防止滋生杂草和蚊虫）。（2）泄水闸与节制闸联合修建，保护重要建筑物和险工渠段。（四）衔接建筑物渠道经过一陡坎或坡面，时需建跌水或陡坡。1.跌水水位落差小于3m时，宜建跌水。2.陡坡水位落差大于3m时，宜建陡坡。这时建跌水不安全。（五）量水建筑物1利用闸、涵、渡槽等量水。在干支渠上量水一般利用这些渠系建筑物量

7、水。如昭关灌区。2利用特设计量水备量水。如三角堰、梯形堰、巴歇尔量水槽、喷嘴等。一般斗、农渠上可采用特设量水设备。3田间工程与地面灌溉方法一、田间工程田间工程：最末一级固定渠道（农渠）和固定沟道（农沟）之间的条田范围内的临时渠道、排水小沟、田间道路、稻田的格田和田埂、旱地的灌水畦和灌水沟、小型建筑物以及土地平整等农田基本建设工程。（一）田间工程的规划要求田间工程规划应满足以下基本要求：（1）有完善的田间灌排系统，做到灌排配套，消灭串灌串排，并能控制地下水位。（2）田面平整，灌水时土壤湿润均匀，排水时田面不留积水。（3）田块的形状和大小能适机械化需要，有利开提高土地利用率。（4）田间工程规划时必

8、须因地制宜，讲求实效，实行山、水、田、林、路综合治理，创造良好的生态环境，促进农、林、牧、副、渔全面发展。（二）条田规划条田：末级固定灌溉渠道（农渠）和末级固定沟道（农沟）之间的田块。综合考虑排涝、机械化耕作和田间用水管理方面要求，条田的一般规格为：宽度100200m，长度400800m。（三）旱地田间渠布置田间渠系：指条田内部的灌溉网，包括毛渠、输水垄沟和灌水沟、畦等。有纵向布置与横向布置两种布置形式。1、纵向布置（1）水流流向农渠一毛渠一输水垄沟一灌水沟、畦（2）特点毛渠灌水沟、畦（即毛渠方向与灌水沟方向一致）（3）布置规格1）纵向布置时，输水垄沟间距等于灌水沟、畦的长度，一般为3050m

9、。2）输水垄沟的长主等于毛渠的间距，一般为5070m。3）毛渠的间渠等于输水垄沟的长度，若毛渠双向控制，则毛渠的间距是输水垄沟长度的两倍。4）毛渠的长度与条田宽度相近。2、横向布置（1）水流农渠一毛渠一灌水沟、畦（2）特点无输水垄沟；毛渠丄灌水沟、畦面垂直（3）布置规格1）灌水沟、畦长度一般为3050m。2）单向控制时，毛渠间距等于灌水沟、畦的长度，双向控制时，毛渠的间距是灌水沟畦长度的两倍。3）毛渠长度与条田宽度相近。3、纵向布置与横向布置选择方法（1）灌水沟、畦尽量垂直于等于等高线（便于灌水）；作物行向一般为南北方向（通风光照条件好），由此确定灌水沟、畦的方向。（2）若灌水沟、畦垂直于农渠

10、，采用纵向布置；若灌水沟、畦平行于农渠，则采用横向布置。（四）水田格田水田灌溉不需毛渠，灌溉不直接从农渠灌入水稻格田。格田规划要点：（1）水稻格田长度与宽度的确定应考虑到有利灌溉，以及有利于提高机耕、机收的效率，一般长约100150m，宽约1520m；（2）在山丘区坡地上布置格田，一般格田长边方向与等高线平行（有利于减少修筑梯田的工程量），此时农渠垂直于等高线、顺坡布置；（3）在平原地区，格田方向以南北向为好，利于作物通风采光；（4）消灭串灌串排；（5）田面平整，便于采用浅水勤灌或其它节水灌溉方法；（6）与早作田块相邻时，应开设隔水沟4渠道流量计算一、渠道设计流量概论1定义：设计年份灌水期间渠

11、道需要通过的最大流量。一般用Q表示。单位为m3/s。或正常条件下渠道需要通过的最大流量，因此设计流量也叫正常流量。2作用：（1）是确定渠道设计断面主要依据。（2）是确定建筑物规模尺寸的主要依据。3计算：一般已知渠道的净流量，求设计流量（毛流量）。净流量一般是已知的，因此计算设计流量的关键是计算Q损。二、渠道输水损失的估算输水损失水面蒸发可以忽略不计漏水损失加强管理可避免渗水损失主要的不可避免的输水损失因此下面所讨论的渠道输水损失均指渗水损失。影响渠道输水损失的因素有：土壤性质、地下水位状况和渠道施工质量等在地下水位较高时，地下水会对渠道渗水产生顶托作用，从而影响渠道渗水，下面先分析在渠道渗水不

12、受到地下水位的顶托时的渗水损失计算方法。1自由渗流情况下的渗水损失不受地下水位顶托的渠道渗流（地下水位未达到渠底）。发生条件：地下水埋深较深（渗水未到达地下水）或地下水出流较好（渗水到达地下水，但地下水位没有上升到渠底）估算方法：按经验公式式中：每公里长渠道渗水损失占净流量的百分数。A、m：土壤渗水系数和渗水指数。表41。直接计算Q损：查表计算Q损：=笫;000=10购争=讪富粗（LAyktn令s为每公里渗水损失，则2顶托渗流情况下的渗水损失地下水位到达渠底，影响渗流。发生条件：地下水位较高；地下水出流条件较差。顶托渗漏情况下的渗水损失小于自由渗流条件下的渗水损失。估算方法：校正系数（小于1）

13、。查表42。3采取防渗措施后的渗水损失例：某渠道长10km，净流量为4.429m3/s,沿渠土质为中粘壤土，试计算该渠道的设计流量。解：（1）直接计算:查表得A=i.9Q,m=0.401.90導4.42=105（%）CT=:1002=+2=4.429+0.465=4.894（曲阖（2）查表计算;由Q爭、朋查表得s=46.SO（l/s）/km皿“倔皿邸）损100010002=+2=4.429+0.468=4.B97血術三、水的利用系数1渠道水利用系数反映某一渠道的水的利用率。（由各级渠道组成的渠系可以用渠系水利用系数来描述其水的利用率。）2渠系水利用系数。干毛渠系：由干、支、斗、农四级固定渠道组

14、成。毛渠是临时渠道，属田间渠系，或田间工程工0农浄干浄W净斗浄农浄I土O渠系的净流量为：同时工作的农渠净流量之和。毛渠系的毛流量为：干渠的毛流量。所以傑系二件5斗反映渠系的水的利用效率。3田间水利用系数田间：此处指田间渠系，由毛渠、灌水沟、畦等组成。农渠田间渠系一农田Q农挣中扣除田间集系输水损失真正到达“农田”的流量。湘二反映田间渠系水的利用率。般甲田=0-500.9S?水田眾田较咼。4灌溉水利用系数最后我们看反映整个灌区的灌溉水利用系数水源一渠系-田间渠系一农田。干毛干田淨千田浄：g干毛扣除:渠系及田间渠系输水损尖后到达农田的净流量。千田1争_为。农i争艺0农田争Q干毛干毛0农浄所以巧K=傑

15、系術riT1n.n.n.n_灌溉水利用系数也可表示対：_吗I区険综浄水一性式中棒浄是灌区缩合律灌水定额；性是灌区该次灌水的毛灌溉用水量在流量推算中，我f门还圭遇到彳支系、F支水4下面作解稈:支命：支、.斗、农隼俎戍的痒糸*-F第f支糸FR间痒命农FR.-Q农浄*-环支水卩史东.巾田思考:即貯丈水=7四、渠道的工作制度什么叫渠道的工作制度?前面已提到过的轮灌就是渠道的一种工作制度。除轮灌外，还有一种工作制度形式叫续灌。轮灌：同级渠道分组依次轮流灌溉。续灌：上级渠同时向其下级分水灌溉，称各下级渠续灌。2天+2天轮灌4天续灌轮灌的优点：输水时间短，输水损失小缺点：渠道断面大，续灌的优点：工程量小缺点

16、：输水损失大一般干、支渠续灌，斗、农渠轮灌。五、推算各级渠道设计流量以如下渠系为例说明。工程量大支D1确定渠道工作制度干、支续灌，斗、农轮灌。2选择典型支渠选三支为典型支渠。（为简化计算，便于推算其它各支流量）农渠的计算长度是实际长度的一半。（因农渠的净流量不是从农渠末端流出的，而是整条农渠均匀流出。）斗、支渠的计算长度：分水口至轮灌组中点的距离。（为什么?因为若斗、支实际长度为计算长度显然偏长，若以分水口到轮灌组开始位置，则显得偏短。）举例：L计h支水=Q支田净Q支设。3计算其它各条支渠设计流量（因为前面三支是典型支渠,所以可以认为其它各支与支3具有相同的水利用系数。这也是前面我们选典型支渠

17、的原因。）4推算干渠设计流量CD：Qcd=0三吏设+Out擴甩=S+汽汁=沁+看）100EC段:Qbc=CScd亠。二支设）1+聲铲）AB段:Qb=（Qbc亠Q支设）1+爲層）劭水Q干设。干设六、渠道的最小流量和加大流量1最小流量（1）定义设计年分灌水期间渠道通过的最小流量。（2）如何确定根据灌水摸图上的最小灌水模数计算摄小=水或g=（40%50%）（3）有何用途校核在上下级渠水位衔接，确定是否需节制闸。2加大流量（1）定义考虑到灌区可能扩大灌溉面积或改变种植计划，因而要求渠道能通过比设计流量更大的流量。（2）如何确定加大=腔设为加丈系数亠取值范15为1.1哄1.辽总设尢/取小值，总设小，J取

18、大值。查表4（3）有何用途确定渠道堤顶高程。由加大流量计算加大水深，渠底高程加加大水深，再加安全超高得堤顶高程。布置作业：渠道流量推算注意：正确确定支、斗、农渠的计算长度。5渠道纵横断面设计简要解释“渠道纵横断面设计”横断面设计：确定渠道边坡、底宽、水深等。纵断面设计：确定推算水位、确定渠底线、堤顶高程线等。一、渠道横断面设计（一）基本公式明渠均匀流公式Q=AC（1）式中2：渠道流量A；过水断面面积C：谢才系数R：水力半径，一-ik+t1-kR口FR巨tr*巨吉“曲4口曰匚对于梯形断面渠道:A=(b+mh)h湿周x=h+2Jl+U亠讥将以上各式代入式（1）得C（占+啲应）血卩？車上式包抬门亍参

19、裁n般口知Q,m：,心，求4用两种途径确龙也內（1）先按经验拟定,再求氛（2）引入宽深比Q,即=blh（3）联解式（2）和式可得色和血。（二）横断面计算方法1计算底宽b和设计水深h（1）试算法拟迄/很摇式（2）试算确定加拟宦Q由式（2）和式（3）试算求出机乩（.b=戸应代入式（2试算确定4再由D=0确定色）2）圏解法利用水力学教材上的诺谟图（梯形矩形断面正常水深耐求解图）（自己复习）（3）直接计算法将bl代入式（2）得并整理得；-3fS必（2呵門（4）优点：比试算法简便，比图解法精度更高。2计算加大水深和最小水深底宽己确定，求坷口犬和下面比计算鬲吠为例说时计算卜的方法完全相同）（1）试算法根据

20、血大、b和其它己知数摇，由式（2）试算确定鬲伏2）图解法利用水力学教材中的诺模圈。（3）迭代法先计貝=匸岁盂严B=对十肿初拟细吠为払（略大于怨代入下式咕蛍呼b+锲珂若阀-阳卜允许误差，则以址代替州,代入式左式计算得新的魁若|-|允许误差，则见即为所求的址犬。一般需23次迭代即可得到满意的结果。（三）设计参数的确定渠底比降i指单位渠长的渠底降落值。当Q定时，i大，则过水断面A小，工程量小，但控制的灌溉面积小。i小，贝9A大,工程量大,但控制的灌溉面大。取值方法：(1)接近地面比降Q大，则i宜小(防冲剧)平原地区i小，山丘区i大渠床糙率n反映渠床粗糙程度。糙率大，则阻水能力大。取值：(1)渠床光滑顺直，n小Q大，则n小参考教材表4-8。请同学思考：n取值偏大会造成什么后果？n取值偏小会造成什么后果？3边坡系数mm大，则工程占地多，输水损失大m小，边坡不稳定取值：(1)土质好(粘重)，m小(2)流量大，水深大，则m大参考表4-9，4-10。宽深比b渠底宽与设计水深之比有三种